選擇性發(fā)射極太陽能電池制備技術的研究報告及產業(yè)化

.z...2012年度激光與光電產業(yè)科技專項選擇性發(fā)射極太陽能電池制備技術的研究及產業(yè)化可行性報告二○一二年五月第一局部工程可行性報告一、立項的背景和意義〔一〕立項背景本工程屬于?**省十二五重大科技專項實施方案?中“新能源技術專項實施方案〞/“高效太陽能光伏、光熱利用技術和低能耗太陽能電池制造技術〞領域。進入21世紀以來，世界各國都面臨著同樣的能源問題：傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時全球還有20億人得不到正常的能源供給。據2010年的統(tǒng)計，全世界能源消費構造中傳統(tǒng)化石能源依然占據主導地位：原油消費占34%，煤炭占30%，天然氣占24%。這種不可持續(xù)的能源消費模式已經引發(fā)了人類社會的深刻反思和對新能源、可再生能源的強烈需求。我國處于快速的工業(yè)化和現代化開展階段，能源消費量日益攀升。2010年我國一次能源消費量為32.5億噸標準煤，已成為全球第一能源消費大國，其中煤炭、原油和天然氣消費量占比分別為70%、17%和4%，對煤炭和石油的依賴非常嚴重。考慮到我國人口眾多的現狀，化石能源資源嚴重缺乏，人均石油儲量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭儲量僅為世界平均值的1/2。能源缺乏必將成為我國經濟社會可持續(xù)開展的制約因素，積極尋求可持續(xù)開展的新能源解決方案在我國已經達成廣泛的共識?？稍偕茉粗刑柲芤云洫氂械膬?yōu)勢而成為人們重視的焦點，因為太陽能具有儲量的“無限性〞。太陽能每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023KW，一年內到達地球外表的太陽能總量折合標準煤共約1.892×1023噸，是目前世界主要能源探明儲量的一萬倍。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性〞，取之不盡，用之不竭。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。太陽能必將在世界能源構造轉換中擔綱重任，成為理想的替代能源。太陽能光伏發(fā)電在太陽能熱發(fā)電、風力發(fā)電、海洋發(fā)電、生物質能發(fā)電等許多可再生能源中具有重要的地位，光伏能源被認為是二十一世紀最重要的新能源。這是因為光伏發(fā)電有無可比較的優(yōu)點：充分的清潔性、絕對的平安性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、初步的實用性、資源的充足性及潛在的經濟性等，應用極其廣泛。世界光伏組件產量上世紀末最后10年的平均增長率為20%，在各國政府的推動下，目前全球光伏產業(yè)年均增長率已高達30%，多年來光伏產業(yè)一直是世界增長速度最高和最穩(wěn)定的領域之一，也成為全球開展最快的新興行業(yè)之一。圖1.光伏行業(yè)開展走勢圖太陽能電池的關鍵技術在于電池片光電轉換效率的提高、生產本錢的降低、可持續(xù)發(fā)電壽命的延長。光電轉換效率是晶體硅太陽能電池的核心技術指標，晶體硅太陽電池的最高光電轉換效率是趙建華博士在澳大利亞新南威爾士大學創(chuàng)造的24.7%，因為本錢問題與加工復雜程度限制目前未實現規(guī)?；a。各國科學家努力尋找低本錢適合工業(yè)加工的提高電池片效率的工藝方法。選擇性發(fā)射極構造是PN結晶體硅太陽電池生產工藝中有希望實現高效率的方法之一。選擇性發(fā)射極(SE–selectiveemitter)晶體硅太陽電池技術已開展一段時間但是由于需要額外制程與本錢，實際上能夠成功應用于生產線的選擇性發(fā)射極技術相當有限，從工業(yè)生產角度來看，額外制程與本錢必須得能夠產出相應的效益回饋。但從這些新工藝、設備的開展速度看，一次擴散制備SE電池已經是一個不可逆轉的趨勢，在未來2-3年內可能成為光伏市場的主流產品。尋找適宜于大規(guī)模生產的工藝和方法將起到重要作用。〔二〕立項意義本工程產品研發(fā)成功將打破國際大公司在太陽能生產線的核心技術的壟斷，解決太陽能電池片光電轉換效率低、生產本錢高、可持續(xù)發(fā)電壽命短的問題。通過對高效太陽能電池核心組件制造技術的攻關研究，開發(fā)出具有自主知識產權、處于國內領先水平的新能源利用關鍵共性技術，縮小我市和國內外在新能源領域的先進技術水平的差距，形成了具有本市特色的核心競爭力，提高了我市在國家乃至世界新能源產業(yè)的地位。本工程通過對選擇性發(fā)射極(SE–selectiveemitter)構造工藝的優(yōu)化和改良，即在金屬柵線〔電極〕與硅片接觸部位進展重摻雜，在電極之間位置進展輕摻雜。這樣的構造可降低擴散層復合，由此可提高光線的短波響應，同時減少前金屬電極與硅的接觸電阻，使得短路電流、開路電壓和填充因子都得到較好的改善，從而提高光電轉換效率，平均轉換效率能到達18.5%以上，在行業(yè)內屬一流水平，提高公司產品的市場競爭力。通過選用先進的工藝設備和生產技術，提高了資源的利用效率，減少和防止了污染物的產生。本工程在CO2的減排上了做了一定的奉獻，在生產過程中不但沒有CO2的排放，而且通過提高資源的利用效率和提供清潔無污染的發(fā)電設備，以產品使用壽命25年，每年發(fā)電時間1500小時計，可間接減排溫室效應氣體〔以CO2〕計8,298,014噸。本工程產品成功開發(fā)后，以其區(qū)域位置優(yōu)勢、優(yōu)異的性能、相對較低的本錢價格、節(jié)能環(huán)保的理念以及國產化優(yōu)勢必將在競爭中取得優(yōu)勢，經濟潛力巨大。在實現企業(yè)自身價值的同時，為國家節(jié)約大量外匯和傳統(tǒng)能源，對于我市能源供給、優(yōu)化能源構造、改善環(huán)境、產業(yè)轉型升級具有重要的意義。二、國內外研究現狀及開展趨勢選擇性發(fā)射極太陽電池的概念由來已久。早在1984年Schroder就全面綜述了硅太陽電池的接觸電阻理論，分析了不同金屬功函數和硅外表摻雜濃度對接觸電阻的影響。所謂選擇性發(fā)射極(SE–selectiveemitter)晶體硅太陽電池，即在金屬柵線〔電極〕與硅片接觸部位進展重摻雜，在電極之間位置進展輕摻雜。選擇性發(fā)射極構造有兩個特征：〔1〕在電極柵線下及其附近形成高摻雜深擴散區(qū)；〔2〕在其他區(qū)域(活性區(qū))形成低摻雜淺擴散區(qū)。結合其特征，實現選擇性發(fā)射極構造的關鍵便是如何形成上面所說的兩個區(qū)域。其實現方法有很多，但總的來說，可以分為雙步擴散法和單步擴散法。雙步擴散法是進展兩次熱擴散而形成該構造。而單步擴散法是在一次熱擴散中形成該構造。這兩種擴散法都有很多種操作形式。但由于雙步擴散法存在缺乏〔由于兩步擴散法中硅片有兩次高溫熱過程，對硅片的損害較大而且熱耗也很大，從成結的質量和工藝本錢來說，兩步擴散法不太理想〕。單步擴散法已逐漸成為制作選擇性發(fā)射極的主要方法，其具體操作一般都是首先在硅片外表的不同區(qū)域得到不同量的擴散雜質源，由于擴散雜質源的不同將會得到不同的擴散結果，進展熱擴散后就形成上下濃度的摻雜，得到選擇性發(fā)射極構造。新工藝、設備的開展速度看，單步擴散制備SE電池已經是一個不可逆轉的趨勢，在未來2-3年內可能成為光伏市場的主流產品。尋找適宜于大規(guī)模生產的工藝和方法將起到重要作用。圖2選擇性發(fā)射極太陽能電池構造目前可國內外可行的單步擴散制備選擇性發(fā)射極的制程方案有：1、氧化層掩膜擴散-印刷法；2、激光涂源摻雜-電鍍法。1、氧化層掩膜擴散-印刷法：該方法是在清洗制絨后通過熱氧生長的方法在硅片外表形成一層較薄的氧化層，然后根據絲網印刷前電極的圖案在氧化層上開槽，再用弱堿清洗激光損傷層。在擴散時，沒有開槽的區(qū)域由于氧化層的阻擋作用形成淺擴，開槽的區(qū)域形成重擴。圖3氧化層掩膜擴散-印刷法工藝流程圖該方法主要解決的問題：激光工藝的穩(wěn)定性要保證，在幾百微米寬的區(qū)域激光開槽所帶來損傷層，需清洗干凈；硅片需經歷氧化和擴散兩次高溫過程，高溫損傷比常規(guī)片要大，對硅片質量要求較高，普通多晶硅片可能滿足不了要求；氧化層厚度和均勻性需要控制得較好，因為這直接影響到n+層的擴散質量。2、激光涂源摻雜-電鍍法：該方法分別處理前后電極，淺擴散和鍍膜后先絲網印刷鋁背場并燒結，然后在前外表旋涂磷源。再用激光按照柵線圖案進展開槽并摻雜，形成局域重摻區(qū)。最后利用光誘導電鍍在這些重摻區(qū)上電鍍Ni/Cu/Ag金屬層作為前電極。該電池優(yōu)勢在于非常小的有效遮擋面積和線間距，在這樣的線間距下，可擴散超過100Ω/sqr的淺結，這樣既提高了Voc和Isc，又能保證FF不會下降得太多。圖4激光涂源摻雜-電鍍法工藝流程圖該方法需要解決的問題是：激光摻雜工藝的控制，激光在起到了關鍵作用，既要在SiN*上開槽又要形成重摻，并保證一定的外表摻雜濃度、激光的波長、脈沖頻率和功率都需仔細權衡，并且穩(wěn)定控制才能到達生產需求；采取電鍍Ni作為種子層，還要經過一道低溫燒結工序，這一燒結工藝也需控制得很好，因為根據Ni/Si合金相圖，其間形成歐姆接觸的溫度區(qū)間較小，稍有偏差就會造成燒穿p-n結漏電或接觸電阻過大；電鍍Ag與焊接帶之間的粘合力較小，做成組件后容易出現脫焊現象，目前還沒有很好的解決方案。以上兩種方案所需設備較多、工藝復雜、本錢昂貴、不利于產業(yè)化推廣。目前國內外對于選擇性發(fā)射極構造太陽能電池的研究主要集中在簡化工藝、降低工藝熱耗、提高光電轉換率、延長電池的使用壽命、節(jié)約制造本錢等方面。為了適應國內外開展趨勢，本工程在以上兩種方案的根底上進展大膽創(chuàng)新，通過關鍵技術和工藝的改良，提出了一個滿足低本錢與高電池轉換效率的選擇性發(fā)射極技術，只需要一道磷擴散制程即可獲得選擇性發(fā)射極構造。三、研究開發(fā)內容、技術關鍵及創(chuàng)新點(一)主要研究開發(fā)內容1、硅片制絨清洗工藝的研究；硅片的制絨，是通過化學反響在硅片的外表產生各向異性腐蝕，形成密集的顯微金字塔形角錐體構造的絨面，使太陽能電池片最大限度地減少光反射率，提高短路電流，即提高光電轉換效率。圖5制絨前后硅片外表比照圖現有的制絨技術制作由于腐蝕液的工藝配方和反響條件不穩(wěn)定，其制成的硅片外表絨面不均勻，椎體構造尺寸粗大，導致硅片反射率大，短路電流偏小，光電轉換效率低。通過優(yōu)化現有的制絨工藝，我們開發(fā)了單晶硅小絨面制備技術，在制絨過程中采用外表活性劑對硅片外表進展噴涂，改善晶體硅外表與NaOH水溶液的濕潤親和，提高絨面上角錐體的覆蓋率，生長出微觀尺寸均勻的外表角錐體，幾何尺寸約為0.1微米～5微米，減少對太陽能的反射，提高電池片的光電轉換效率。圖6單晶小絨面圖2、選擇發(fā)射極磷擴散工藝的研究；選擇發(fā)射極磷擴散要求在電極柵線與硅片接觸部位形成高摻雜深擴散區(qū)，在其他區(qū)域形成低摻雜淺擴散區(qū)，這樣便在低摻雜區(qū)和高摻雜區(qū)交界處獲得一個橫向N-N上下結，并在電極柵線下獲得一個N-P結，與傳統(tǒng)擴散形成的一個P-N結相比〔如下列圖所示〕，這種構造可以提高光生載流子的收集率，提高太陽能電池的輸出電壓，降低太陽能電池串聯的電阻，減小光生少數載流子的外表復合，減小擴散死層的影響而改善擴散層的整體性能。圖7傳統(tǒng)太陽能電池與選擇發(fā)射極太陽能電池構造比照目前選擇發(fā)射極磷擴散采用二次擴散的方法，分為重擴散和淺擴散兩次進展，工藝步驟比較復雜而且給硅片帶來的熱損傷較大，尤其對于多晶硅影響更嚴重。為了防止雙步擴散法的弊端我們研究采用單步擴散法，針對現有單步擴散法工藝復雜，本錢昂貴的缺點，我們開發(fā)了低本錢與高電池轉換效率的印刷磷源單步擴散法。3、周邊刻蝕工藝的研究；在擴散過程中，硅片的外表將不可防止的擴散上磷，P-N結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(qū)域流到P-N結的反面，而造成短路。目前刻蝕的主要方式有干法刻蝕和濕法刻蝕兩種，其中干法刻蝕分為等離子體刻蝕和激光刻蝕。經研究我們采用等離子體刻蝕法，該法基于真空中的高頻鼓勵而產生輝光放電，將四氟化碳中的氟離子電離出來，從而獲得化學活性微粒與被刻蝕材料起化學反響產生輝發(fā)性物質進展刻蝕的。4、去除磷硅玻璃工藝的研究；硅片在磷擴散過程中會在外表生成含磷的氧化硅玻璃層，玻璃層的存在會在電極印刷過程中，影響到金屬電極和硅片的接觸，降低電池的轉換效率，同時玻璃層中還含有多種金屬離子雜質，會降低少子壽命。利用氧化硅與氫氟酸反響可生產可溶性的絡合物六氟硅酸的原理，可有效去除硅片外表的磷硅玻璃層。5、PECVD鍍膜工藝的研究；太陽光照射到硅片外表被硅片吸收透射的同時，也會有很大一局部光被硅片外表反射出去，這樣大大減少了太陽能的利用率，所以研究在硅片外表接觸陽光的一側鍍上一層減反射膜，當薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的四分之一時，在薄膜的兩個面上反射的光，其路程恰好等于半個波長，因而互相抵消，大大減少了光的反射損失，增強了吸收光的強度，提高電池的效率。圖8PECVD鍍膜效果圖目前鍍膜的主要方式為借助微波或射頻等使由硅烷〔SiH4〕與氨氣〔NH3〕組成的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學活性很強，很容易相互發(fā)生反響，在電場下作定向移動，于基片上沉積出深藍色氮化硅薄膜。通過實驗分析研究反響壓強、反響溫度、硅烷氨氣流量比和微波功率等不同沉積條件對于氮化硅薄膜特性的影響，得出在最正確的沉積條件，在溫度為430℃，壓強為2.1×10-1mbar，功率為3200W，流量比為3.07，制備的薄膜具有良好特性，是制作減反射膜的良好的方案。6、印刷燒結工藝研究；通過絲網印刷在硅片的的兩面制作金屬電極、正面電極收集電子、反面電極利于焊接機組件的制作。印刷燒結的步驟分為：反面電極印刷→電極烘干→反面背場印刷→電場烘干→正面電極印刷→高溫燒結。反面印刷分為電極印刷與電場印刷，電極采用Ag/Al漿料印刷，電場采用Al漿料印刷，印刷絲網如下列圖所示，該圖形可以與鋁背場形成良好的歐姆接觸，鋁漿料和銀漿料有細柵線的重疊局部，可大大提高轉化效率和填充因子。正面電極采用Ag漿料印刷，在印刷過程中要保證印刷圖形完整、線條飽滿、印刷漿料重量適當。高溫燒結是將原子從系統(tǒng)中不穩(wěn)定的高能位置遷移至自由能最低的位置的過程。通過燒結可以枯燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。反面場經燒結后形成的鋁硅合金，鋁在硅中作為P型摻雜，可以減少金屬與硅交接處的少子復合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應。(二)技術關鍵1、硅片小絨面處理技術；在制絨過程中采用外表活性劑對硅片外表進展噴涂，改善晶體硅外表與NaOH水溶液的濕潤親和，提高絨面上角錐體的覆蓋率，生長出微觀尺寸均勻的外表角錐體，幾何尺寸約為0.1微米～5微米，減少對太陽能的反射，提高電池片的光電轉換效率。2、印刷磷源單步擴散技術；通過絲網印刷在硅片外表如電極柵線狀印刷好高濃度磷漿，放入常規(guī)擴散爐中進展擴散，往擴散爐中參加充足的氧氣對硅片外表進展氧化，在非印刷區(qū)得到適當厚度的氧化層，后通入攜POCl3氣體，通入的POCl3會分解出P2O5，并沉積到這一氧化層的外表得到一層很薄的磷硅玻璃，由于這一氧化層對磷硅玻璃中磷原子往硅片深處的擴散有消弱的作用，繼續(xù)擴散一段時間后可以在此區(qū)域得到比印刷區(qū)低的外表雜質濃度。3、管內微孔噴淋擴散技術；在擴散爐中加設一根噴淋管，工藝氣體從噴淋管中進入擴散爐內，并由噴淋管下端開設的出氣孔中噴出，對裝載有待擴散硅片的石英舟中的硅片進展噴淋，由于氣體流向與硅片擺放位置相適應，硅片對氣體阻擋作用小，可使得擴散后硅片的單片方塊電阻值更加均勻。4、等離子體干法刻蝕技術；該技術基于真空中的高頻鼓勵而產生輝光放電，將四氟化碳中的氟離子電離出來，從而獲得化學活性微粒與被刻蝕材料起化學反響產生揮發(fā)性物質而被除去。5、去磷硅玻璃技術；利用氫氟酸與氧化硅反響可生成可溶性的絡合物六氟硅酸的原理去除硅片外表的磷硅玻璃。其反響式如下：SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O6、PECVD鍍膜技術；采用SiH4和NH3氣源以制備氮化硅薄膜，并研究探索了PECVD生長氮化硅薄膜的根本物化性質以及在沉積過程中反響壓強、反響溫度、硅烷氨氣流量比和微波功率對薄膜性質的影響。最終得出結論為，在溫度為430℃，壓強為2.1×10-1mbar，功率為3200W，流量比為3.07，制備的薄膜具有良好特性，是制作減反射膜的良好的方案。7、絲網印刷及高溫燒結技術；將金屬導體漿料按照所設計的圖形通過刮條擠壓絲網彈性形變后漏印在硅片正面、反面分別形成反面電極、反面電場和正面電極，然后在適當的氣氛下通過高溫燒結，使?jié){料中的有機溶劑揮發(fā)，金屬顆粒與硅片外表形成結實的硅合金，與硅片形成良好的歐姆接觸。(三)創(chuàng)新點創(chuàng)新點一：開發(fā)了單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術，采用印刷磷源單步擴散法，只需要一道磷擴散制程即可獲得選擇性發(fā)射極構造，降低了生產本錢，提高了電池轉換效率，有利于選擇性發(fā)射極太陽能電池的產業(yè)化推廣。選擇性發(fā)射極太陽能電池的根本構造與常規(guī)電池類似，但需要對正面金屬柵電極與硅片接觸部位及附近形成高摻雜深擴散區(qū)，而其他區(qū)域形成低摻雜淺擴散區(qū)。該構造可降低正面金屬柵電極之間區(qū)域的擴散層復合，提高電池片的短波響應，同時減少正面金屬柵電極與發(fā)射極硅層的接觸電阻，使得短路電流、開路電壓和填充因子都得到改善，提高轉化效率?，F有選擇性發(fā)射極制作技術主要有雙次擴散法和單步程擴散法。雙次擴散法需進展兩次熱擴散以形成兩個不同的擴散區(qū)，其工藝步驟復雜且兩次高溫熱過程的熱耗很大，給硅片帶來較大的熱損傷，對多晶硅的影響尤其嚴重。單步程擴散法是在一次熱擴散中形成兩個不同的擴散區(qū)，其關鍵技術需要首先在硅片外表不同區(qū)域得到不同量的擴散雜質源，由于擴散雜質源的不同在擴散過程中形成不同擴散程度的擴散區(qū)。目前單步程擴散制備選擇性發(fā)射極太陽能電池的主要方案有：氧化層掩膜擴散印刷法和激光涂源摻雜電鍍法。氧化層掩膜擴散印刷法涉及的技術非常復雜，工藝效率低，生產本錢高，而激光涂源摻雜電鍍法需要添置大型激光設備，且采用激光熱效應進展摻雜的均勻性和后續(xù)電鍍法制作電極的可控性也存在問題。以上兩種單步程擴散方案增加設備較多，工藝復雜，本錢昂貴，不利用產業(yè)化推廣。我公司在以上兩種方案的根底上進展大膽創(chuàng)新，找到一些改良的方法，提出了一個滿足低本錢與高電池轉換效率的選擇性發(fā)射極技術，只需要一道磷擴散制程即可獲得選擇性發(fā)射極構造的印刷磷源單步擴散法。使用自主研發(fā)的高濃度磷漿在制絨清洗后的硅片外表印刷與正面電極匹配的圖形，在烘干爐中進展烘干，線寬控制在150-180μm；放入常規(guī)擴散爐中進展擴散，在高溫擴散前通入大量氧氣在硅片外表形成厚度20nm左右的SIO2層，后通入攜POCl3氣體并分解出P2O5，由于SIO2層對磷原子往硅片深處的擴散有消弱的作用，擴散一段時間后可以在此區(qū)域得到比印刷區(qū)低的外表雜質濃度，得到的擴散方塊電阻為100/sq-120/sq，印刷區(qū)方塊電阻為40/sq-45/sq；只需要一道磷擴散制程即可獲得選擇性發(fā)射極構造，提高了電池轉換效率，有利于選擇性發(fā)射極太陽能電池的產業(yè)化推廣。目前國內普遍采用兩步擴散法制備因硅片有兩次高溫熱過程，對硅片的損害較大而且熱耗也很大，從成結的質量和工藝本錢來說，都不夠理想。絲網印刷印刷正面電極時使用自主研發(fā)的全鋼網，不易變形和適合更窄的線寬，網版的使用壽命可達十萬次以上，印刷圖形的線寬能控制在35-40μm，防止目前使用的鋼絲網在使用過程中*力下降等導致的印刷圖形偏移；首創(chuàng)通過軟件修正來彌補機器印刷精度的缺乏，取不同時期的定位位置并統(tǒng)計分析取平均進展修正后再進展對印刷硅片的定位，來降低印刷偏移。從而來實現絲網印刷精準的二次對位。采用印刷磷源擴散法制作選擇性反射極太陽能電池，可以有效提高硅晶太陽能電池的轉換效率，轉化效率可達18.8%以上，其工藝簡單、本錢低，具有良好的產業(yè)化前景。創(chuàng)新點二：設計了管內微孔噴淋構造，使得在擴散過程中，反響介質能最快均勻到達反響區(qū)域，有效提高了擴散過程的均勻性。現有技術擴散源輸送裝置的進氣方式，工藝氣體從石英擴散管的尾部通入，從而對裝載有待擴散硅片的石英舟中的硅片進展擴散。硅片對氣流的運動產生阻擋作用，造成硅片與硅片之間雜質源濃度不均勻，硅片中心的雜質源濃度低于周圍的雜質源濃度，從而造成擴散后硅片的單片方塊電阻值不均勻，擴散后單片方塊電阻的不均勻性在8%左右。圖9現有擴散源輸送裝置為了防止硅片對氣流的運動產生阻擋,減小石英管內雜質源濃度分布的差異，從而減小單片方塊電阻不均勻性，我們設計了如下列圖所示的管內微孔噴淋擴散爐構造。該構造分別在石英舟的正上方和正下方設有進氣噴淋管和抽氣管，并在進氣噴淋管上設有一排進氣孔，在抽氣管對應位置設有相應的抽氣孔。圖10管內微孔噴淋擴散爐在擴散過程中工藝氣體從石英進氣噴淋管進入擴散爐管，通過排氣孔噴淋到硅片上，然后通過抽氣孔抽出由抽氣管排出擴散爐，在此過程中減少了擴散工藝氣體的橫向流動，防止了工藝氣體在橫向流動時因硅片阻擋導致氣流不均勻。工藝氣體只在垂直平面內經過硅片，是硅片與工藝氣體均勻充分接觸，從而在硅片內形成均勻的P-N結，得到比較一致的方塊電阻。采用噴淋式擴散進氣方式后單片方塊電阻的不均勻性由原來的8%下降到4%，均勻性變好對電池片帶來的優(yōu)點如下：1．與后道的燒結條件更容易匹配，在后續(xù)的工藝改良中能夠提高更高的方塊電阻；2．電池片方塊電阻均勻性變好，結的平整性變好；3．邊緣的方塊電阻升高，減少復合，提高了短波響應，對Isc的提升很有幫助，到達提升轉換效率的目的；4．噴淋式進氣的反響更充分，配合使用減源工藝，更低POCL3、特氣的消耗量，降低了生產本錢，同時也減少了偏磷酸，提高了擴散管的干凈度；5．擴散更直接，反響介質最快均勻地到達硅片反響區(qū)域，可縮下硅片之間的間距，提升單管工藝的產量。四、工程預期目標〔主要技術經濟指標、知識產權申請情況、應用前景〕〔一〕主要技術指標本工程研究的是選擇性發(fā)射極構造太陽能電池，主要包括硅片制絨清洗工藝、選擇發(fā)射極磷擴散工藝的研究、周邊刻蝕工藝、去除磷硅玻璃工藝、印刷燒結工藝的研究。其主要技術指標如下：A.電流密度〔Jsc〕37.5mA/cm2B.轉換效率(nCell)18.8%C.開路電壓(Uoc)0.635VD.填充因子〔FF〕79%注：以上技術指標均以125mm×125mm單晶硅日產量為統(tǒng)計樣本?！捕持饕洕笜吮竟こ掏ㄟ^改良，電池片平均效率從目前的18.2%提升到18.8%，單片電池片可提高功率0.1W，按目前市場價5元/瓦，折合人民幣每片電池片可增加利潤0.5元；按每條生產線產能30MW計算，每條生產線可增加利潤約400萬以上。同時提升產量由目前的每管300片提升至400片，產能提升30%，每條線可節(jié)約生產本錢80萬元。工程產品生產銷售穩(wěn)定后，年增產值2000萬元，年增利潤420萬元，年增稅金80萬元，年創(chuàng)匯120萬美金，年節(jié)匯120萬美金?！踩成鐣б婀こ坍a品研發(fā)成功將打破國際大公司在太陽能生產線的核心技術的壟斷，解決了電池片光電轉換效率低、生產本錢高、可持續(xù)發(fā)電壽命短的問題。通過對高效太陽能電池核心組件制造技術的攻關研究，開發(fā)出具有自主知識產權、處于國內領先水平的新能源利用關鍵共性技術，縮小我市和國內外在新能源領域的先進技術水平的差距，形成了具有本市特色的核心競爭力，提高了我市在國家乃至世界新能源產業(yè)的地位。本工程通過對選擇性發(fā)射極(SE–selectiveemitter)構造工藝的優(yōu)化和改良以及開發(fā)管內微孔噴淋擴散技術，提高太陽能電池的光電轉換效率，平均轉換效率能到達18%以上，在行業(yè)內屬一流水平，提高公司產品的市場競爭力。本工程在CO2的減排上了做了一定的奉獻，在生產過程中不但沒有CO2的排放，而且通過提高資源的利用效率和提供清潔無污染的發(fā)電設備，以產品使用壽命25年，每年發(fā)電時間1500小時計，可間接減排溫室效應氣體〔以CO2〕計8298014噸。本工程產品成功開發(fā)后，以其區(qū)域位置優(yōu)勢，優(yōu)異的性能，相對較低的價格，節(jié)能環(huán)保的理念等優(yōu)勢，必將在競爭中取得有利位置，經濟潛力巨大。在實現企業(yè)自身價值的同時，為國家節(jié)約大量外匯和傳統(tǒng)不可再生能源，對于我市能源供給、優(yōu)化能源構造、改善環(huán)境、產業(yè)轉型升級具有重要的意義。〔四〕技術應用及產業(yè)化前景我國人口眾多的現狀，化石能源資源嚴重缺乏，人均石油儲量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭儲量僅為世界平均值的1/2。能源缺乏必將成為我國經濟社會可持續(xù)開展的制約因素，積極尋求可持續(xù)開展的新能源解決方案在我國已經達成廣泛的共識。中國是太陽能資源豐富的國家，全年輻射總量在91.7～2,333kWh/㎡·年之間，國土總面積2/3以上地區(qū)年日照時數大于2,000小時，全國絕大局部地區(qū)都可以利用太陽能解決生活和生產上的日常需要，光伏發(fā)電開展?jié)摿薮?，將對中國國民經濟的開展起到很大的推動和促進作用。十二五期間，隨著太陽能電池制造技術的改良以及高效率光電轉換裝置的創(chuàng)造各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。由此可見，太陽能電池市場潛力較大，開展前景廣闊。本工程研發(fā)的選擇性發(fā)射極太陽能電池產品適應了當前太陽能過領域對于太陽能電池使用壽命長、節(jié)能環(huán)保、高效率、低本錢的趨勢和要求，具有廣闊的應用前景，并且由于上述研究目標均具有初步的研究和應用的根底工作作為支撐，推廣應用和產業(yè)化前景明朗。通過本工程的研究，將初步將解決上述產品在工業(yè)化過程中技術難題，并對其進展系統(tǒng)的應用研究，對高效太陽能電池的開展起到良好的示*作用。所以該工程研制成功后，不僅具有廣闊的市場前景，而且能為公司帶來巨大的經濟效益，更能帶來巨大的社會效益?！参濉匙灾髦R產權情況通過本工程實施，“印刷磷源單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術〞、“管內微孔噴淋擴散技術〞兩大核心技術將取得自主知識產權，通過申報專利保護企業(yè)技術，獲得國家創(chuàng)造專利2項，實用新型專利3項，培養(yǎng)高級工程師2~3名。五、研究方案、技術路線、組織方式與課題分解〔一〕、實施方案本工程是研制選擇性發(fā)射極太陽能電池，首先要對用戶進展考察調研，了解產品的使用信息，如光電換轉率、使用壽命、介質特性及產品功能等，然后由工程負責單位制定研發(fā)方案，整個過程分為五個階段：工程調研立項階段、工程設計評審階段、工程加工制造階段、工程試驗及試用階段、工程改良及驗收階段，具體工作安排如下：1、調研立項階段根據國家宏觀政策和開展規(guī)劃，成立課題研究小組，進展廣泛的信息收集，了解工程的研究現狀及開展前景，了解用戶對產品性能的要求及需解決的關鍵技術，然后由研究小組對所收集的各種技術信息進展分析研究整理，制訂工程開發(fā)方案。2、設計評審階段由工程方案設計組進展方案設計→方案設計評審→工作圖設計→工作圖設計評審→工藝審查→標準化審查→工藝試驗〔硅片制絨清洗、選擇發(fā)射極磷擴散、鍍膜等工藝評定〕→產品圖紙審定批準。3、加工制造階段由生產調試分析組進展具體功能分類模擬調試，數據統(tǒng)計，數據分析，性能測試等，為設備制作安裝組提供詳實數據資料，然后按圖施工、規(guī)*作業(yè)，進展產品加工組裝。 4、試驗及試用階段產品組裝后，按相關標準進展出廠各項性能指標測試檢驗，然后交予用戶進展使用。5、改良及驗收階段產品經過一定的運行周期驗證后，用戶提供產品使用情況反響意見，工程研究小組根據產品實際使用情況，作出產品定型意見，如果需要改良，則盡快實施改良措施，并經用戶再次試用，直到完全符合用戶要求，才能作出產品定型的結論，才能進展產業(yè)化運行，到達工程驗收條件后，組織工程驗收會進展驗收?！捕臣夹g路線和工藝流程1、技術路線2、工藝流程〔三〕組織方式與課題分解本工程由本公司自主研發(fā)，獨立完成。企業(yè)內部成立課題攻關小組實施原材料檢驗印刷背電場和烘干原材料檢驗印刷背電場和烘干POCL3擴散形成PN結等離子體邊緣刻蝕PECVD沉積SiN*等級判定共燒形成金屬接觸電池片測試裝片去磷硅玻璃和甩干超聲波清洗去除損失層和外表絨面化*印刷磷漿和烘干印刷背電極和烘干包裝入庫印刷正電極工程管理將實行工程負責人負責制，工程負責人負責本工程的總體實施，包括工程總體方案〔研究目標、內容和進度等〕確實定，具體的研究任務根據工程實施方案進展合理分工。在工程總框架下建立兩個子課題組：1、印刷磷源單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術開發(fā)研究；2、擴散爐管內微孔噴淋擴散技術改良研究。各小組分工負責，相互銜接配合，定期檢查交流，承受工程負責人的直接監(jiān)視，并定期向工程負責人匯報。工程研究過程和經費使用，將在科技管理部門的監(jiān)管下，由工程負責人負責組織實施，研究經費將實行?？顚Ｓ?，根據各子課題組承當的研究任務，確定經費使用方案，工程負責人根據各子工程完成進度和質量對分配比例可作適當調整。全部經費的使用均應符合國家對科研經費的有關管理規(guī)定。2、課題分解本工程大體分為印刷磷源單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術開發(fā)研究和擴散爐管內微孔噴淋擴散技術改良研究兩大子課題，對每個子課題的技術規(guī)程、工藝流程等研發(fā)工作任務，由工程組成員根據個人的專業(yè)特長進展分工，明確職責?！?〕印刷磷源單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術開發(fā)研究：由***工程師擔任“印刷磷源單步擴散制備選擇性發(fā)射極技術開發(fā)研究〞子課題負責人，主要負責研究現有選擇性發(fā)射極太陽電池擴散工藝，分析其優(yōu)缺點，提出改良方案，要求工藝操作簡單、本錢低，具有產業(yè)化前景?！?〕擴散爐管內微孔噴淋擴散技術改良研究：由工程負責人***工程師，擔任超“擴散爐管內微孔噴淋擴散技術改良研究〞子課題負責人，針對目前硅片經擴散后單片方塊電阻值不均勻的問題，研究問題產生的原因，提出改善方案。六、方案進度安排起始年月進度目標要求2011.9-2011.11工程前期準備，成立研究開發(fā)小組，進展廣泛的行業(yè)調研，技術考察、技術人員培訓等；對所收集的各種技術信息進展分析研究整理，制定設計方案及方案，完成初稿并進展設計評審。2011.12-2012.4投入資金進展研發(fā)設備的購置，實驗相關材料購置；進展產品試制、檢測并完善設計方案。2012.5-2012.7進展中期檢查，按時提交自查報告。

2012.8-2012.10樣品試制成功后經專家評審后，送客戶適用，并征求顧客意見；根據反響意見并完善設計方案。2012.11-2012.12總結前階段工作，著手自定生產工藝、細化產品構造，完善檢測設施，確保產品的質量；撰寫工程研究報告和技術總結報告等驗收資料，完成工程驗收。七、現有工作根底和條件〔一〕研發(fā)根底和條件本公司成立于2010年6月，坐落在**市平陽經濟開發(fā)區(qū)，注冊資本1188萬元，占地面積16675平方米，建筑面積9378.5平方米，是一家專業(yè)從事太陽能電池片、組件、硅棒、硅片的研發(fā)、制造、銷售和技術效勞的企業(yè)。自公司以來，以“技術高尖端、產品高品位、質量高標準、效勞高效率、品牌高美譽，創(chuàng)世界光伏品牌〞為經營目標。公司聘請在國內光伏領域具有較高影響力的技術人員為公司的技術骨干，公司80%的中層以上技術管理人員具有多年從事太陽能電池研發(fā)經歷。公司成立了研發(fā)中心，現有人12人，其中：工程師3名。研發(fā)中心購入國際國內先進的研發(fā)、檢測設備；建立了強大的科研團隊，聘請國內知名院校和行業(yè)內的權威專家作為本公司的技術參謀，同時與華中科技大學、**交通大學建立建立了良好的合作關系，保證了科研開發(fā)水平具有較高的起點，并在技術上形成可持續(xù)競爭力；引進先進的管理體制；每年投入研發(fā)費用超過總銷售的5%，2011本公司技術開發(fā)投入156萬元，占銷售收入的12%。自中心成立以來，年均開發(fā)新產品3項，累計開發(fā)了20多種新產品、新技術，并全部完成轉化，其中市科技方案工程1項?！捕成a根底和產業(yè)化條件現有職工